在设计AR的光学系统时，需要考虑以下几个要素：

光效率（投影仪到眼睛），即将光线从投影仪导入人眼的过程中传递的比例；

环境光透射率；

光学系统的尺寸和重量；

越大越好的FOV。

AR设备中的光学系统 

对于现有的AR光学系统，可以简单归类为两种主要方案：

第一类是利用一些光学元件的半透半反特性，将部分显示光反射到人眼中。同时，外部光线也可以穿过此光学装置，从而实现图像与现实世界的结合。这种类型的光学装置可进一步分为三种类型：Prism、Free-space和Birdbath。

第二类解决方案是光波导类型。目前主要有三种技术：反射光波导、衍射光波导和全息光波导。

AR光学系统原理图

目前不存在完美的解决方案，必须对不同的参数进行权衡

总的来说，目前还没有完美的AR光学解决方案。不同的解决方案都是在牺牲特定特性的情况下对其他方案的优化。

Prism、Free-space和Birdbath光学系统的结构需要较大的空间来实现。

Prism是谷歌眼镜选择的光学解决方案。然而，这种方案无法解决狭窄的FOV和大体积的光学元件之间的矛盾，所以消费类电子产品逐渐放弃了它。然而，由于其较高的光学效率，它仍然被用于工业和军事应用。

Google Glass Enterprise Edition 2，采用了棱镜方案

Free-space和Birdbath的优点是对比度好，分辨率高，FOV大，但它对环境光的透射率低。因此更适用于室内场景。爱普生（Epson）的BT300和Nreal的产品选择了这种解决方案。

Nreal Light，采用Birdbath光学方案

光波导技术有望成为AR眼镜的主流光学解决方案。在AR眼镜中，要想光在传输的过程中无损失无泄漏，光的全反射是关键。光机生成图像光影后，光波导可将光耦合进自身的玻璃基底中，并通过全反射的原理，使光传输到人眼前方实现成像。

光波导技术的优点有：

通过一维和二维扩瞳技术增大动眼框；

成像系统旁置，不阻挡视线并且改善配重分布；

外观形态更像传统眼镜；

提供了“真”三维图像的可能性。

目前开发者对此技术最感兴趣，但也有其不足之处。

其中反射式光波导的光学效率更高，但成本也更高。

Lumus Maximus，采用了反射光波导

衍射光波导是目前AR领域最有前途的光学解决方案，但其光效较低。AR制造商已经转向高亮度的硅基micro LED（LEDoS）来解决这个问题。

微软 HoloLens 2，采用衍射光波导

全息光波导具有与衍射光波导相似的特性，在成本上可能具有优势，但在全色发展上还不成熟。

TCL 雷鸟发布的先锋版智能眼镜，采用全息光波导